全自主機(jī)器人足球系統(tǒng)的視覺(jué)和全局地圖構(gòu)建.pdf

1、在較長(zhǎng)的時(shí)間里，人們主要集中于對(duì)單個(gè)機(jī)器人的研究。隨著時(shí)代的發(fā)展，對(duì)機(jī)器人的要求越來(lái)越高，以至于單個(gè)機(jī)器人難以滿足新的需求。因此，一些學(xué)者提出采用多個(gè)功能相對(duì)簡(jiǎn)單和獨(dú)立的機(jī)器人組成一個(gè)多機(jī)器人系統(tǒng)（Multi-robot Systems，MRS），以完成較復(fù)雜的任務(wù)，滿足新的需求。 全自主機(jī)器人足球系統(tǒng)是典型的多機(jī)器人系統(tǒng)，每個(gè)機(jī)器人由獨(dú)立的視覺(jué)子系統(tǒng)、無(wú)線通信子系統(tǒng)、決策子系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)組成，并且通過(guò)無(wú)線通信交換信息實(shí)現(xiàn)

2、多機(jī)器人之間的協(xié)作。它試圖通過(guò)提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、易于評(píng)價(jià)的比賽平臺(tái)，促進(jìn)多機(jī)器人系統(tǒng)、分布式人工智能及機(jī)器人學(xué)等領(lǐng)域的研究與發(fā)展。因此，全自主機(jī)器人足球系統(tǒng)的研發(fā)極具挑戰(zhàn)性，具有很高的理論研究?jī)r(jià)值和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。機(jī)器人足球是目前機(jī)器人控制、機(jī)器視覺(jué)、人工智能、多機(jī)器人協(xié)調(diào)等領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)。 本文主要研究全自主機(jī)器人足球系統(tǒng)的視覺(jué)及基于多傳感器信息融合的機(jī)器人的定位和地圖構(gòu)建。主要研究?jī)?nèi)容如下： （1）根據(jù)

3、中型組機(jī)器人足球比賽的需要，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套由全向視覺(jué)、前向單目視覺(jué)和嵌入式視覺(jué)構(gòu)成的混合視覺(jué)系統(tǒng)。全向視覺(jué)由于信息量大、實(shí)時(shí)性好而被廣泛應(yīng)用在機(jī)器人足球比賽中，但缺點(diǎn)是無(wú)法獲得機(jī)器人的近端信息，前向單目視覺(jué)和嵌入式視覺(jué)就是為了解決該問(wèn)題而加入的。前向單目視覺(jué)主要用于識(shí)別位于機(jī)器人正面不遠(yuǎn)處的目標(biāo)，且可給出目標(biāo)精確的位置信息，同時(shí)全向視覺(jué)和前向單目視覺(jué)的處理都是在機(jī)器人上位機(jī)上進(jìn)行的。為了解決機(jī)器人非前向近端信息缺失的問(wèn)題，在不增加上位

4、機(jī)負(fù)擔(dān)的情況下，本文通過(guò)下位機(jī)的嵌入式視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人周邊非前向近端的動(dòng)態(tài)目標(biāo)或障礙物，較好地解決了機(jī)器人360度范圍內(nèi)近端信息的獲取問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該視覺(jué)系統(tǒng)較好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器人遠(yuǎn)端、近端目標(biāo)的識(shí)別。 （2）提出了一種對(duì)光照具有較好魯棒性的彩色圖像分割方法，該方法首先用區(qū)域生長(zhǎng)法對(duì)彩色圖像進(jìn)行初始分割，然后將分割后的區(qū)域用MST（最小支撐樹(shù)）加以連通，最后通過(guò)由目標(biāo)函數(shù)確定的最優(yōu)閾值實(shí)現(xiàn)圖像的分割。由于充分利用了圖像像素的空

5、間分布信息和全局信息，圖像分割效果好，具有較好的魯棒性和抗干擾能力。 （3）研究了一種基于多傳感器信息融合的移動(dòng)機(jī)器人自定位方法。首先給出了適應(yīng)于移動(dòng)機(jī)器人的多傳感器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后對(duì)全向輪運(yùn)動(dòng)模型、全向視覺(jué)成像模型和電子羅盤使用模型進(jìn)行了分析。最后通過(guò)融合多個(gè)傳感器的信息，用Monte Carlo（MCL）粒子濾波的方法實(shí)現(xiàn)了融合定位。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，定位結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。 （4）在H.324M和3G-324M的基礎(chǔ)上，研究

6、了一種改進(jìn)的使得多機(jī)器人系統(tǒng)能夠加速會(huì)話建立、開(kāi)始多媒體通訊的方法。并從理論與實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面將該方法與3G-324M中推薦的方法進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)于3G-324M推薦的會(huì)話建立方法，本文的方法使得多機(jī)器人系統(tǒng)的多媒體通訊會(huì)話建立時(shí)間節(jié)約了50％。 （5）研究和討論了如何通過(guò)多機(jī)器人的協(xié)作，實(shí)現(xiàn)全局地圖的構(gòu)建。在單個(gè)機(jī)器人通過(guò)自身攜帶的多傳感器進(jìn)行局部地圖構(gòu)建的基礎(chǔ)上，研究了前向單目視覺(jué)傳感器的建模方法，在此觀測(cè)模型的基